[發明專利]一種適用于爆炸場下的壓阻式壓力傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202111578905.3
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN114441069A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 康昊;嚴家佳;陳君;張俊鋒;何性順;王丹;葉希洋;姬建榮;蘇健軍
• 申請（專利權）人: 西安近代化學研究所
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L5/14
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 史玫

1.一種適用于爆炸場下的壓阻式壓力傳感器，包括由多層LTCC瓷片制成的傳感器本體，其特征在于，該傳感器本體內設有第一空腔(2-1)、第一膜片、第二空腔(4-1)、第二膜片和第三空腔(6-1)，且沿傳感器本體底部至頂部依次為基底(1)、第一空腔(2-1)、第一膜片、第二空腔(4-1)、第二膜片、第三空腔和第三膜片，所述第一空腔和第二空腔的內部空間與外界隔絕，且所述第一空腔和第二空腔內部形狀及尺寸大小相同，所述第三膜片上設有多個與第三空腔相通的氣孔，所述第三膜片上表面設有焊盤，所述第一空腔內頂面設有第一惠斯通電橋，所述第二空腔內頂面設有第二惠斯通電橋，所述第一惠斯通電橋中電阻的阻值與第二惠斯通電橋中單個電阻的阻值相同；

所述傳感器本體內還設有連接第一惠斯通電橋和焊盤及連接第二惠斯通電橋和焊盤的通孔，該通孔內置有導電材料用于實現第一惠斯通電橋和焊盤的電連接及第二惠斯通電橋和焊盤的電連接。

2.如權利要求1所述的適用于爆炸場下的壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述第一惠斯通電橋由四個阻值相同的厚膜電阻和金屬導線連接而成，且四個厚膜電阻位于第一空腔內頂面的邊緣部位；所述第二惠斯通電橋由四個阻值相同的厚膜電阻和金屬導線連接而成，且四個厚膜電阻位于第二空腔內頂面的邊緣部位。

3.如權利要求1所述的適用于爆炸場下的壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述導電材料為導電銀漿。

4.如權利要求1所述的適用于振動環境下的壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述第一空腔(2-1)和第二空腔(4-1)均為長方體形或立方體形，且所述第一空腔(2-1)內的長、寬、高分別與第二空腔(4-1)內的長、寬、高相同。

5.如權利要求1所述的適用于爆炸場的壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述第三空腔內的容積及所開設氣孔的個數根據所要濾除的諧振頻率確定，所述濾除的諧振頻率低于500kHz并且高于100kHz以上。

6.如權利要求1所述的適用于爆炸場下的壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述第一膜片、第二膜片和第三膜片各自的邊長與厚度之比滿足5-80：1。

7.如權利要求1所述的適用于爆炸場下的壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述多層LTCC瓷片制成的傳感器本體由底部至頂部依次由LTCC基底(1)、第一LTCC瓷片(2)、第二LTCC瓷片(3)、第三LTCC瓷片(4)、第四LTCC瓷片(5)、第五LTCC瓷片(6)和第六LTCC瓷片(7)制成；

所述第一空腔開設在第一LTCC瓷片上，所述第二空腔開設在第三LTCC瓷片上，所述第三空腔開設在第五LTCC瓷片上，所述氣孔開設在第六LTCC瓷片上；

所述第一惠斯通電橋印刷在第二LTCC瓷片(3)下表面，連接第一惠斯通電橋和焊盤的孔道貫通第二LTCC瓷片(3)、第三LTCC瓷片(4)、第四LTCC瓷片(5)、第五LTCC瓷片(6)和第六LTCC瓷片(7)；所述第二惠斯通電橋印刷在第四LTCC瓷片(5)下表面，連接第二惠斯通電橋和焊盤的孔道貫通第四LTCC瓷片(5)、第五LTCC瓷片(6)和第六LTCC瓷片(7)。

8.如權利要求1所述的適用于振動環境下的壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述第一LTCC瓷片(2)、第二LTCC瓷片(3)、第三LTCC瓷片(4)、第四LTCC瓷片(5)、第五LTCC瓷片(6)和第六LTCC瓷片(7)的厚度相同，所述LTCC基底的厚度大于第一LTCC瓷片的厚度。

9.權利要求1所述壓阻式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)對第一LTCC瓷片進行打孔，形成第一空腔的空間；

(2)對第二LTCC瓷片進行打孔，形成過孔并在該過孔中填充導電材料，然后在第二LTCC瓷片表面印刷厚膜電阻與金屬導線形成第一惠斯通電橋；

(3)對第三LTCC瓷片進行打孔，分別形成第二空腔的空間及過孔，并在過孔填充導電材料；

(4)對第四LTCC瓷片進行打孔，形成過孔并在過孔中填充導電材料，然后在第四LTCC瓷片表面印刷厚膜電阻與金屬導線形成第二惠斯通電橋；

(5)對第五LTCC瓷片進行打孔，分別形成第三空腔的空間和過孔，并在過孔中填充導電材料；

(6)對第六LTCC瓷片進行打孔，形成氣孔，并在第六LTCC瓷片上表面印刷焊盤；

(7)按順序將LTCC基底層、第一至第六LTCC瓷片進行對準疊片，并各空腔中放置碳膜；

(8)將疊好片的器件在70-90℃、5-20MPa壓力下靜壓；

(9)將靜壓后的器件在800℃-950℃下進行燒結，形成所述壓阻式壓力傳感器。